على الرغم من أن خلايا الوقود لا تزال تستخدم بشكل أساسي في المركبات التجارية، فإن سيارات الركاب هي المنتجات الوحيدة التي تمتلكها تويوتا وهوندا وهيونداي، ولكن لأن المقال يركز على سيارات الركاب، فإن نماذج المقارنة الأخرى هي أيضًا سيارات ركاب، لذلك إليكم تويوتا ميراي كمثال.
يتميز نظام إدارة الحرارة لخلايا الوقود بالنقاط الرئيسية الثلاث التالية:
متطلبات تبديد الحرارة في مفاعل خلية الوقود
يُعدّ المفاعل موقع تفاعل الهيدروجين والأكسجين، حيث يُولّد حرارةً أثناء إنتاج الكهرباء. وتساهم زيادة درجة الحرارة في زيادة قدرة التفريغ للمفاعل، إلا أنه لا يمكن تجميع هذه الحرارة، لذا يجب أن يتدفق ماء ناتج التفاعل ومبرد المفاعل معًا لتبديدها.
كما أن الحفاظ على درجة حرارة المفاعل يُمكّن من التحكم الفعال في الطاقة الناتجة لتلبية احتياجات السائق الديناميكية لنظام القيادة. ويمكن استخدام الحرارة المتولدة من إلكترونيات الطاقة في المفاعل وعاكس المحرك كجزء من التدفئة اللازمة لقمرة القيادة في فصل الشتاء.
مشكلة بدء تشغيل المفاعل على البارد
لا يستطيع مفاعل خلية الوقود توفير الكهرباء مباشرة في درجات الحرارة المنخفضة، لذلك يحتاج إلى التسخين بواسطة حرارة خارجية قبل أن يتمكن من الدخول في وضع التشغيل العادي.
عند هذه النقطة، يجب عكس دائرة تبديد الحرارة المذكورة أعلاه إلى دائرة تسخين، وقد يتطلب التبديل هنا صمام تحكم في الدائرة مشابهًا لصمام ثنائي الاتجاه ثلاثي الاتجاهات.
يمكن إجراء التسخين بواسطة جهة خارجيةسخان كهربائي PTCيتم توفير الطاقة الحرارية الكهربائية من البطارية. ويبدو أن هناك تقنية أخرى تسمح للمفاعل بتوليد حرارته الخاصة، بحيث تكون الطاقة الناتجة عن التفاعل في الغالب على شكل حرارة لتسخين جسم المفاعل.
تبريد معزز
يشبه هذا الجزء إلى حد ما نظام السيارة الهجينة المذكور سابقًا، فلكي يُلبي المفاعل متطلبات الطاقة، يجب أن تكون كمية الأكسجين المتفاعل مطلوبة أيضًا، لذا يلزم ضغط مدخل الهواء لزيادة كثافته، وبالتالي زيادة تدفق الأكسجين. ولهذا السبب، يأتي التبريد اللاحق، والذي يمكن توصيله على التوالي في دائرة التبريد نفسها نظرًا لتقارب نطاق درجة حرارته مع المكونات الأخرى.
السيارات الكهربائية بالكامل
في نهاية المطاف، تُعدّ السيارات الكهربائية بالكامل الأكثر رواجًا في السوق اليوم. وقد أُجريت أبحاث وتطوير في مجال إدارة الحرارة للسيارات الكهربائية لدى جميع مصنعي وموردي السيارات الرئيسيين. وفيما يلي ثلاث نقاط رئيسية تميزها عن أنواع السيارات الأخرى:
مخاوف بشأن نطاق الشتاء
يعود الفضل الأكبر في مدى القيادة إلى كثافة طاقة البطارية، واستهلاك الطاقة الكهربائية للمركبة، ومقاومة الرياح، وهي جوانب غير متعلقة بالإدارة الحرارية، ولكن ليس كثيرًا في فصل الشتاء.
من أجل توفير الراحة في قمرة القيادة وبدء تشغيل البطارية ذات الجهد العالي في الأجواء الباردة، يتم استهلاك الكثير من الطاقة الكهربائية بواسطة نظام إدارة الحرارة، ويُعد الانخفاض الكبير في مدى الطيران الشتوي هو القاعدة بالفعل.
السبب الرئيسي هو أن توليد الحرارة في نظام قيادة السيارة الكهربائية بالكامل يفوق بكثير ما ينتجه المحرك والبطارية، كما أنه حساس لدرجة الحرارة.
تُستخدم حاليًا حلول شائعة مثل نظام المضخة الحرارية، حيث يتم تسخين نظام القيادة والحرارة المحيطة من خلال دورة الضاغط لتوفير التدفئة للمقصورة والبطارية، كما يُستخدم أيضًا نظام Weimar EX5 في هذا الصدد.سخانات الديزل، استخدام جزء من حرارة احتراق الديزل لتوفير التسخين المسبق للبطارية والمقصورة (سخانات PTC)، وهناك تقنية أخرى هي تقنية التسخين الذاتي للبطارية، بحيث عند بدء تشغيل البطارية بجزء صغير من الطاقة يتم تسخين كل وحدة من وحدات البطارية، مما يقلل الاعتماد على دوائر التبادل الحراري الخارجية.
تاريخ النشر: 20 أبريل 2023
